分布式无线信号的波形优化关键技术研究

论文摘要

分布式发射天线具有高容量、低功耗、覆盖广、低电磁损害等优势，被认为是未来移动通信系统的关键技术之一，正越来越多地受到学术界及产业界的关注。在分布式发射天线中，由于发射天线分布在不同的地理位置，引入了以下问题：（1）如何布局发射天线才能使系统的误码率最小。（2）传播距离不同使得各发射天线的信号异步到达移动台，导致传统MIMO基于同步到达的信号设计方法不再适用，有必要研究分布式信号的波形设计方法。本文围绕着上述问题展开了研究。针对分布式OFDM，根据信道的异步特性，提出了适用于分布式OFDM的循环前缀设计准则。采用该准则后，异步到达的信号被视为循环移位信号，不会造成干扰。本文推导了基于该准则下的系统误符号率性能上限，并推导了采用集中式OFDM循环前缀准则下的系统误符号率性能上限。仿真结果证明了理论分析的正确性。针对分布式发射天线单频网的信号设计进行了研究。通过误对概率分析，推导出信号的设计准则。在该准则下，分析得到了单频网能获得的分集度，设计了能达到该分集度的信号，并且设计出两种能达到满分集度的信号。在此基础之上，通过子载波交织分组的方法，设计了低复杂度的信号。仿真结果表明，所设计的信号较之无信号设计，提供了8dB左右的系统增益。针对分布式发射天线单频网，基于子载波交织分组的信号设计方法，利用异步时延，提出了一种优化信号的方案，该方案在移动台位置和系统性能之间进行折中，为远离所有发射天线或处于小区交界处的用户提供更大的性能增益。通过仿真发现，提出的信号优化设计方法，能获得5～9dB的性能增益。同时仿真结果表明，在欧洲电信标准委员会针对数字广播信号陆地传输标准提出的系统设置下，本文提出的信号优化设计方法较之无信号设计，提供了大概1．9～2．5dB左右的增益。针对线形小区，研究了分布式STBC-OFDM的最佳天线位置。以最小化区域平均误比特率（AABEP）为目标，证明了系统获得最小AABEP时，发射天线应该关于线形小区中心对称分布的结论。在此基础上，推导出发射天线最优位置的计算公式。通过仿真，证实理论分析与仿真结果具有相同的趋势。同时仿真结果表明，随着信噪比的增加，理论分析曲线与仿真结果曲线之间的间隔越来越小，这与理论推导过程中的分析一致。本文在分布发射天线系统方面做出的上述研究成果，可应用于下一代基于分布天线思想的分布式蜂窝移动通信网、分布式无线局域网、分布式数字无线电视／广播等无线通信系统的信号处理技术中，具有重要的理论及经济价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 集中式MIMO技术概况
• 1.1.2 分布式MIMO技术概况
• 1.1.3 分布式MIMO与集中式MIMO的区别
• 1.2 分布式MIMO研究现状
• 1.2.1 分布式MIMO的检测
• 1.2.2 分布式MIMO的系统容量、信道特性与无线资源管理
• 1.2.3 分布式MIMO的波形设计
• 1.3 本文的主要研究内容和贡献
• 1.3.1 本文的主要研究内容
• 1.3.2 本文的主要贡献
• 1.4 论文结构及内容安排
• 第二章 无线信道模型
• 2.1 引言
• 2.2 移动无线信道特性
• 2.2.1 路径损耗
• 2.2.2 阴影衰落
• 2.2.3 小尺度衰落
• 2.3 本章小节
• 第三章 分布式OFDM的循环前缀设计准则
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 分布式OFDM循环前缀设计
• 3.3.1 集中式OFDM的循环前缀设计准则
• 3.3.2 分布式OFDM的循环前缀设计准则
• 3.4 性能分析
• 3.4.1 最大似然检测性能分析
• 3.4.2 采用传统CP准则的性能分析
• 3.5 仿真结果与讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 分布式发射天线单频网的波形优化
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.3 信号设计准则
• 4.3.1 误对概率分析
• 4.3.2 设计准则
• 4.4 分集度分析
• 4.5 能达到理论分集度的信号设计
• 4.6 满分集满速率的信号设计
• 4.6.1 基于循环移位的满分集满速率信号
• 4.6.2 基于信号叠加的满分集满速率信号
• 4.7 单频网的信号优化设计
• 4.7.1 低复杂度信号设计
• 4.7.2 信号优化
• 4.8 仿真结果与讨论
• 4.9 本章小节
• 第五章 线形小区中分布式STBC-OFDM的最优天线位置
• 5.1 引言
• 5.2 系统模型
• 5.3 理论分析
• 5.3.1 区域平均误比特率分析
• 5.3.2 天线最优位置
• 5.4 仿真结果与讨论
• 5.5 本章小节
• 第六章 结论
• 6.1 全文总结及贡献
• 6.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 博士研究生期间发表的论文
• 博士研究生期间发表的专利
• 在攻读博士学位期间参加的科研项目